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1、Molecular Biology,2019/6/16,生命科学学院,2,2019/6/16,生命科学学院,3,对同学们的几点要求：,1、认真听讲，勤做笔记 课堂纪律 2、举一反三，温故知新 做好预习、复习。 3、勤学多问，孜孜不倦 善于勤学多问，与老师、同学多交流探讨。 4、跟踪前沿，引申思维 经常查阅相关文献，关注有关科技新闻。,2019/6/16,生命科学学院,4,2019/6/16,生命科学学院,5,转基因超级鼠 (super mouse),2019/6/16,生命科学学院,6,绿色荧光蛋白(green fluorescent protein, GFP),2019/6/16,生命科学学
2、院,7,2019/6/16,生命科学学院,8,抗除草剂作物,2019/6/16,生命科学学院,9,Two tomato plants artificially inoculated with bacterial speck disease,2019/6/16,生命科学学院,10,GM cotton,GM, genetically modified,2019/6/16,生命科学学院,11,2019/6/16,生命科学学院,12,Chapter 1 Introduction,1.The definition of Molecular Biology and the development hist
3、ory 2. Model organisms 3. Methodology of Molecular Biology,2019/6/16,生命科学学院,13,指从分子水平研究蛋白质、核酸等生物大分子的结构与功能，从而阐明生命现象本质的科学。,The definition of Molecular Biology,1、广义上的定义,2019/6/16,生命科学学院,14,Biomacromolecule (生物大分子),核酸（Nucleic acid） 、蛋白质（Protein）、多糖(Saccharide)等具有重要功能的较大分子量物质。 molecular weight (mw) 104-1
4、012 p15,2、研究对象,2019/6/16,生命科学学院,15,3、狭义上的定义,University of Kansas Robert F. Weaver Molecular biology is the study of genes and their activities at the molecular level, including DNA replication, transcription, translation, recombination and translocation. 偏重于核酸方面的研究，指研究DNA的复制、转录、翻译、重组和易位等过程。,2019/6/1
5、6,生命科学学院,16,4、与其它学科之间的关系,2019/6/16,生命科学学院,17,1.准备和酝酿阶段 （19世纪后期20世纪50年代）,2.现代分子生物学的建立和发展阶段 （20世纪50年代70年代）,3.初步认识生命本质并开始改造生命的 深入发展阶段（20世纪70年代后）,The development history of molecular biology,2019/6/16,生命科学学院,18,1.准备和酝酿阶段 确定了蛋白质是生命的主要基础物质 19世纪末证明酵母无细胞提取液能使糖发酵产生酒精，第一次提出酶（enzyme）的名称，酶是生物催化剂。 20世纪20-40年代提纯和
6、结晶了一些酶（包括尿素酶、胃蛋白酶、胰蛋白酶、黄酶、细胞色素C、肌动蛋白等），证明酶的本质是蛋白质。 1902年EmilFisher证明蛋白质结构是多肽； 40年代末，Sanger创立二硝基氟苯（DNFB）法、Edman发展异硫氰酸苯酯法分析肽链N端氨基酸； 1953年Sanger和Thompson完成了第一个多肽分子-胰岛素A链和B链的氨基全序列分析。,2019/6/16,生命科学学院,19,确定了生物遗传的物质基础是DNA 1868年F.Miescher就发现了核素（nuclein），但是在此后的半个多世纪中并未引起重视。 20世纪20-30年代已确认自然界有DNA和RNA两类核酸，并阐明
7、了核苷酸的组成。 1944年O.T.Avery等证明了肺炎球菌转化因子是DNA； 1952年A.D.Hershey和M.Chase用DNA35S和32P分别标记T2噬菌体的蛋白质和核酸，感染大肠杆菌的实验进一步证明了是遗传物质。 1949-1952年S.Furbery等的X-线衍射分析阐明了核苷酸并非平面的空间构像，提出了DNA是螺旋结构； 1948-1953年Chargaff等用新的层析和电泳技术分析组成DNA的硷基和核苷酸量，积累了大量的数据，提出了DNA硷基组成A=T、G=C的Chargaff规则，为碱基配对的DNA结构认识打下了基础。,2019/6/16,生命科学学院,20,2.现代分
8、子生物学的建立和发展阶段 遗传信息传递中心法则的建立 1953年Watson和Crick提出的DNA双螺旋结构模型作为现代分子生物学诞生的里程碑开创了分子遗传学基本理论建立和发展的黄金时代。 1956年A.Kornberg首先发现DNA聚合酶； 1958年Meselson及Stahl用同位素标记和超速离心分离实验为DNA半保留模型提出了证明； 60年代Nirenberg、Ochoa以及Khorana等几组科学家的共同努力破译了RNA上编码合成蛋白质的遗传密码; 1968年Okazaki（冈畸）提出DNA不连续复制模型； 1972年证实了DNA复制开始需要RNA作为引物； 70年代初获得DNA拓
9、扑异构酶，并对真核DNA聚合酶特性做了分析研究；这些都逐渐完善了对DNA复制机理的认识。,2019/6/16,生命科学学院,21,对蛋白质结构与功能的进一步认识 1956-58年Anfinsen和White根据对酶蛋白的变性和复性实验，提出蛋白质的三维空间结构是由其氨基酸序列来确定的。 1958年Ingram证明正常的血红蛋白与镰刀状细胞溶血症病人的血红蛋白之间，亚基的肽链上仅有一个氨基酸残基的差别，使人们对蛋白质一级结构影响功能有了深刻的印象。,2019/6/16,生命科学学院,22,3.初步认识生命本质并开始改造生命的深入发展阶段 1967-1970年R.Yuan和H.O.Smith等发现
10、的限制性核酸内切酶为基因工程提供了有力的工具； 1972年Berg等将SV-40病毒DNA与噬菌体P22DNA在体外重组成功，转化大肠杆菌，使本来在真核细胞中合成的蛋白质能在细菌中合成,打破了种属界限； 1977年Boyer等首先将人工重组入质粒，成功地在大肠杆菌中合成得到这14肽； 1978年Itakura（板仓）等使人生长激素191肽在大肠杆菌中表达成功； 1979年美国基因技术公司用人工合成的人胰岛素基因重组转入大肠杆菌中合成人胰岛素。至今我国已有人干扰素、人白介素2、人集落刺激因子、重组人乙型肝炎疫苗、基因工程幼畜腹泻疫苗等多种基因工程药物和疫苗进入生产或临床试用，世界上还有几百种基因
11、工程药物及其它基因工程产品在研制中，成为当今农业和医药业发展的重要方向，将对医学和工农业发展作出新贡献。,2019/6/16,生命科学学院,23,1944, Avery OT, et al Genetic Material is DNA, not protein,Avery OT,MacLeod CM,McCarty M,2019/6/16,生命科学学院,24,1953 “for their discoveries concerning the molecular structure of nucleic acids and its significance for information t
12、ransfer in living material“,The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1962,2019/6/16,生命科学学院,25,2019/6/16,生命科学学院,26,The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1968,1966 “for their interpretation of the genetic code and its function in protein synthesis“,Holley RW,Khorana HG,Nirenberg MW,2019/6/16,生命科学
13、学院,27,2019/6/16,生命科学学院,28,The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1978,Arber W,Nathans D,Smith H,1968 “for the discovery of restriction enzymes and their application to problems of molecular genetics“,2019/6/16,生命科学学院,29,the Nobel Prize in chemistry 1980,1972 “for his fundamental studies of the bi
14、ochemistry of nucleic acids, with particular regard to recombinant-DNA“,2019/6/16,生命科学学院,30,The Nobel Prize in Chemistry 1980,Sanger F,1977“for their contributions concerning the determination of base sequences in nucleic acids“,2019/6/16,生命科学学院,31,The Nobel Prize in Chemistry 1993,Mullis F,1985 “fo
15、r his invention of the polymerase chain reaction (PCR) method“,2019/6/16,生命科学学院,32,1996, Wilmut created the first somatic cloned sheep,Wilmut I and Dolly,2019/6/16,生命科学学院,33,2019/6/16,生命科学学院,34,Human genome project,2019/6/16,生命科学学院,35,杨焕明,2019/6/16,生命科学学院,36,What is Model organism,The organism chose
16、n for understand broad biological principles is called a model organism. 模式生物的选择主要是根据研究的目的、取材的方便、实验方法的可行、生物周期的长短、遗传背景情况、是否具有遗传改造和表型分析手段、是否有利于国际同行的交流等因素而决定的。,2019/6/16,生命科学学院,37,The Characteristics of Good Model Organisms,rapid development with short life cycles, small adult size, ready availability,
17、 tractability（温顺的）(Bolker, 1995).,2019/6/16,生命科学学院,38,Common Model Organisms,2019/6/16,生命科学学院,39,2019/6/16,生命科学学院,40,Escherichia coli,A prokaryotic organism without a nuclear membrane. easy to manipulate in recombinant DNA. a single chromosome a short generation time convenient to study genetically
18、can be grow in liquid or on solid (agar) medium.,2019/6/16,生命科学学院,41,The fruit fly is small and easily grown in the laboratory. It has a generation time of only two weeks and produces many offspring. Embryos develop outside the mothers body. Sequencing of Drosophila genome was completed in 2000.,Dro
19、sophila melanogaster the first model organism,2019/6/16,生命科学学院,42,normally lives in the soil but is easily grown in petri dishes(培养皿). millimeter long, transparent body with only a few cell types and grows from zygote to mature adult in only three and a half days. genome sequenced. Genetic Backgroun
20、d are clear,Caenorhabditis elegans,2019/6/16,生命科学学院,43,The mouse has a long history as a mammalian model of development. Genome and genes roughly the same as human. Researchers are adepts at manipulating mouse genes to make transgenic mice and mice in which particular genes are “knocked out” by muta
21、tion. Generation time of 9 weeks, but embryo development inside mother is disadvantages for studies.,Mus musculus,2019/6/16,生命科学学院,44,A second vertebrate model, the zebrafish Danio rerio, has some unique advantages. These small fish (2 - 4 cm long) are easy to breed in the laboratory in large number
22、s. Transparent embryos develop outside the mothers body. Although generation time is two to four months, the early stages of development proceed quickly. By 24 hours after fertilization, most tissues and early versions of the organs have formed. After two days, the fish hatches out of the egg case.,
23、2019/6/16,生命科学学院,45,One plant can grow and produce thousands of progeny after eight to ten weeks. A hermaphrodite（雌雄同体的）, each flower makes ova and sperm. Easy for gene manipulation research (genetic transformation) Its relatively small genome, completely sequenced.,Arabidopsis thaliana,2019/6/16,生命
24、科学学院,46,噬菌体（Phage）：细菌病毒,酵母，真核生物,2019/6/16,生命科学学院,47,Methodology of Molecular Biology,The Nobel Prize in Chemistry 1926,“for his work on disperse systems“,Svedberg,Ultracentrifuge,2019/6/16,生命科学学院,48,Separation the biological materials,2019/6/16,生命科学学院,49,The Nobel Prize in Chemistry 1948,“for his re
25、search on electrophoresis and adsorption analysis, especially for his discoveries concerning the complex nature of the serum proteins“,Arne Wilhelm Kaurin Tiselius,Electrophoresis,2019/6/16,生命科学学院,50,Separation of proteins or nucleic acids based on size and /or charge in electric field,2019/6/16,生命科
26、学学院,51,电泳（electrophoresis ）：通过电场作用，不同分子量的带电物质被分离。,2019/6/16,生命科学学院,52,Electron microscope Direct visualization of cell ultra-structure, including nucleic acids,2019/6/16,生命科学学院,53,Radioisotopetracers Tracking flow of molecular through a metabolic pathway,2019/6/16,生命科学学院,54,The Nobel Prize in Chemis
27、try 1952,“for their invention of partition Chromatography“,2019/6/16,生命科学学院,55,Column chromatography Separation of macromolecules through a resin column,2019/6/16,生命科学学院,56,X-ray diffraction Provides precise measurement of 3-D structure of protein or nucleic acid,DNA X-ray diffraction from Franklin,
28、2019/6/16,生命科学学院,57,Nucleotide sequencing Determination of sequence of bases in DNAs,2019/6/16,生命科学学院,58,Polymerase chain reaction (PCR) Production of large numbers of copies of small amount of DNA starting material,2019/6/16,生命科学学院,59,聚合酶链反应（PCR）,梯度水浴,2019/6/16,生命科学学院,60,Reference book,朱玉贤 现代分子生物学，高等教育出版社 杨荣武 分子生物学，南京大学出版社 郜金荣 分子生物学，武汉大学出版社 阎隆飞 分子生物学，中国农业大学出版社 昌增益 二十世纪生物学的分子革命， 科学出版社,